[发明专利]高温双目立体视觉测量中考虑折射偏差的成像补偿方法

说明书

本发明提供一种高温双目立体视觉测量中考虑折射偏差的成像补偿方法，通过载有滤光片的双相机拍摄高温物体表面，获得图像数据；利用软件同步触发温度数据采集模块，控制规律分布在物体和相机之间的热电偶传感器采集空间场温度信息，建立实时的三维温度场分布；根据大气折射计算方法建立空间折射率场，结合光线传播计算得到高温环境下选择波段的折射成像偏差；依据实际成像点进行算法重建，获得客观物点偏差，实现坐标补偿；依据多个谱段补偿校正后的图像，采用图像处理技术进行融合处理，最终获得清晰图像。本发明通过分光式彩色双目相机和热电偶的使用实现高温测量中折射偏差补偿，方法简单，可应用于工程现场下的高温物体的实时高精度测量。

技术领域

本发明属于高温物体几何量测量技术领域，具体涉及基于高温双目立体视觉测量中考虑折射偏差的成像补偿方法。

背景技术

在航空航天、汽车制造等机械工业领域，高温构件的测量对指导设计、生产工艺和提高制造效率等方面具有重要的科学意义和经济价值。以航空发动机为例，航空发动机在试车运行状态下外机匣表面温度达到400℃，发动机叶片表面温度甚至高达1000℃。采用传统的接触式电测法会由于高温导致传感器失效而无法进行长时间动态测试数据采集，同时也存在测量不准确、效率低下、空间分辨率低等局限性

随着高速CCD技术发展，基于机器视觉的非接触测试方法以其非接触、快速、高精度等优势已经广泛用于工业领域内的高温测量。然而，在高温环境下，由于被测物体的自身的热辐射引起周围温度过高致使传输介质不均匀，且表面温度及周围的温度场分布会随着时间动态变化导致成像折射率发生非线性改变，以及发光和烟雾干扰等因素干扰，无法在可见光的感光波长范围内，对物体进行稳定成像，从而使得测量结果难以准确反映高温物体的真实信息。

现有技术中的图像补偿方法，一般只适用于图像质量的提高，不能消除温度梯度变化下的光线的折射偏折；也有图像补偿方法采用彩色CCD相机拍摄物体表面，利用蓝光信息用来计算三维变形，同步利用红光和绿光信息结合标定的基准温度计算物体表面温度，但该方法测量温度仅限于物体表面，同样不适用于全场温度变化下的成像测量。

因此，高温物体的双目立体视觉测量，亟需一种针对变温度场下成像光线折射的实时有效的补偿方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术缺陷，本发明提供一种高温双目立体视觉测量中考虑折射偏差的成像补偿方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温双目立体视觉测量中考虑折射偏差的成像补偿方法，包括如下步骤：

相机标定步骤：利用两个彩色CCD相机拍摄被测物体表面图像，利用相机标定程序获得相机内外参数，根据图像处理技术获得常温下被测物体表面的三维坐标；

数据采集步骤：实时获取相机拍摄的图像数据，同时通过布置在被测物体表面以及空间场内的若干热电偶传感器同步采集被测物体表面以及空间场内的温度数据；

温度场分布模型建立步骤：根据实时采集的温度数据，利用有限元软件模拟建立被测物体到相机空间范围的温度场分布模型；

折射率场分布模型建立步骤：根据大气折射率公式确定被测物体表面到相机靶面空间折射率场的非线性分布与温度场的非线性分布之间的对应关系，建立空间折射率场的分布模型；

像素坐标偏差计算步骤：根据折射率场的非线性分布和几何光学理论计算在相机成像光谱下被测物体表面P点经过空间折射率场在相机靶面上成像点的像素坐标；同时计算出常温条件下被测物体表面P点在相机靶面上成像点的像素坐标；据此计算高温与常温下物点成像点的像素坐标偏差；

图像补偿步骤：依据常温下获取的图像信息对高温环境下获取的图像信息运用图像几何校正方法进行图像坐标补偿，根据不同成像光谱下的被测物体成像差异信息对不同通道的校正图像进行融合，得到温度补偿后的客观被测目标图像；